Lego Mindstorms EV3 EDU Cours d introduction Source principale: Frédéric Genevey - v1.0, septembre 2013
Introduction 3 Présentation du matériel 5 La brique EV3 6 Caractéristiques techniques de la brique EV3 6 Présentation des boutons 6 Présentation des lumières d état 7 Mise en marche de la brique EV3 7 Présentation des connecteurs 8 Les moteurs EV3 9 Grands moteur 9 Moteur moyen 9 Les capteurs EV3 10 Le capteur de couleurs 10 Le capteur tactile 10 Le capteur gyroscopique 11 Le capteur à ultrasons 11 Les pièces 12 Le programme 13 Robot Educator: choix des exercices Erreur! Signet non défini. Exercices 14 Date 14 Signature enseignant 14 projet 1 15 Le voyage sans fin 15 Mission 1: le cercle 15 Mission 2: le rectangle 15 Grille d'évaluation 15 projet 2 16 Le prisonnier d Alcatraz 16 Mission 1: échappé-repris 16 Mission 2: la ronde des gardes 16 Mission 3: en prison 16 Grille d'évaluation 16 2
Introduction Le Lego Mindstorms EV3 est la troisième génération de brique programmable Mindstorms: 1998: LEGO MINDSTORMS (RCX) 2006: LEGO MINDSTORMS NXT 2013: LEGO MINDSTORMS EV3 Trois générations de briques programmables: RCX (gauche), NXT (centre), EV3 (droite) 1 Chaque génération de brique a été déclinée en plusieurs versions. Ainsi le NXT a existé sous forme de NXT, NXT 2.0 et NXT Education Base Set (abrégé EDU). Les différentes versions de NXT: NXT (gauche), NXT 2.0 (centre) et NXT Education Base Set (droite) 1 Source de l image: http://robotsquare.com/2013/07/16/ev3-nxt-compatibility/ 3
Le Lego Mindstorms EV3 existe ainsi sous deux versions: la version grand public (ref. 31313), et la version éducation (ref. 45544): Lego Mindstorms EV3 (gauche) et Lego Mindstorms EV3 Education (droite) La version éducation diffère de la version grand public par les points suivants: moins de pièces batterie fournie (mais pas le chargeur) le capteur infrarouge et sa télécommande sont remplacés par un capteur à ultrason capteur gyroscopique supplémentaire boîte à compartiments pour le rangement des pièces pas de logiciel inclus Une boîte d extension (ref. 45560) apporte des pièces mécaniques supplémentaires, de manière à pouvoir réaliser les modèles de la boîte grand public. Il existe deux versions du logiciel MINDSTROMS EV3. Celle que tu vas employer ici est la version EDUCATOR qui comporte des leçons didactiques pour apprendre à programmer. L'autre version est celle du commerce qui ne comporte pas les leçons pour apprendre la programmation, mais des modes d'emploi pour construire des robots et des programmes déjà réalisés. Néanmoins, le fonctionnement des deux logiciels est le même. Si tu apprends à programmer sur la version EDUCATOR, tu pourras utiliser sans problème le logiciel de la version du commerce. La version Lego Mindstorms EV3 EDU coûte 420 CHF; prends soin de ce matériel! 4
Présentation du matériel On distingue 3 composants principaux: la brique EV3 les moteurs les capteurs Ce sont ces composants qui permettront aux robots que tu vas construire d agir et de réagir. 5
La brique EV3 Caractéristiques techniques de la brique EV3 Système d'exploitation: Processeur: Mémoire flash: Mémoire vive: Résolution de l'écran: LINUX ARM9 300 MHz 16 Mo 64 Mo 178x128/noir & blanc La brique est l ordinateur qui commande le robot. Les moteurs et les capteurs s y connectent. Présentation des boutons Un écran permet de visualiser les informations et son état (programme en cours, allumage, extinction...) et plusieurs boutons permettent de sélectionner les programmes ou les fonctions. 6
Présentation des lumières d état Le témoin lumineux d'état de la brique qui entoure les boutons indique l'état actuel de la brique EV3. Il peut être vert, orange ou rouge et il peut clignoter. Voici les codes du témoin d'état de la brique: Rouge: Rouge clignotant: Orange: Orange clignotant: Vert: Vert clignotant: démarrage, mise à jour, arrêt occupé alerte, prêt alerte, en cours d'exécution prêt programme en cours d'exécution Mise en marche de la brique EV3 Pour allumer la brique EV3, appuie sur le bouton central. Pendant le démarrage, le bouton devient rouge. Lorsque le bouton est vert, la brique est prête à être utilisée. Pour éteindre la brique EV3, appuie sur le bouton Retour jusqu'à ce que l'écran d'extinction s affiche. L'option d'annulation X est déjà sélectionnée. Appuie sur le bouton droit pour sélectionner l'option de confirmation, puis appuie sur le bouton central pour confirmer. La brique s éteint automatiquement si elle n est pas utilisée durant un temps déterminé (par défaut: 30 min). 7
Présentation des connecteurs Les moteurs se branchent toujours sur les ports A, B, C et D. Les capteurs se branchent toujours sur les ports 1, 2, 3 et 4. Attention! Les fiches sont fragiles! 8
Les moteurs EV3 Les moteurs EV3 sont à la fois des moteurs et des capteurs. Ils sont en effet équipés de capteurs de rotation précis au degré près. Par exemple, il est possible de programmer une rotation de 48. Le Mindstorms EV3 est équipé de 3 moteurs: deux grands moteurs et un moteur moyen. Grands moteur Le grand moteur est un moteur plus puissant, mais moins rapide. Il sera utilisé en priorité pour le déplacement des robots. Le grand moteur tourne à un régime de 160-170 tours par minute (tpm), avec un couple en rotation de 20 newtonscentimètres (Ncm) et un couple de blocage de 40 Ncm. Pour simplifier, le couple est l effort que le moteur est capable de fournir en rotation autour d un axe. C est donc la force que le moteur est capable de donner dans son mouvement. Par exemple, lorsqu un cycliste appuie davantage sur les pédales pour monter une côte ou pour accélérer, il développe davantage de couple. Moteur moyen Le moteur moyen est un moteur moins puissant, mais plus rapide. Il est aussi plus léger. Il sera utilisé lorsqu on aura besoin d une réaction plus rapide qu avec le gros moteur. Le moteur moyen tourne à un régime de 240-250 tpm, avec un couple en rotation de 8 Ncm et un couple de blocage de 12 Ncm. Note: il n existe pas de petit moteur. 9
Les capteurs EV3 Le capteur de couleurs Le capteur de couleur peut détecter les couleurs ou l'intensité de la lumière. Trois modes d'utilisation sont disponibles: Couleur Intensité de la lumière réfléchie Intensité lumineuse ambiante. En mode Couleur, le capteur reconnaît sept couleurs (noir, bleu, vert, rouge, jaune, blanc et marron). En mode Intensité de la lumière réfléchie, le capteur mesure l'intensité de la lumière réfléchie en émettant une lumière rouge. Le capteur utilise une échelle allant de 0 (très sombre) à 100 (très clair). En mode Intensité lumineuse ambiante, le capteur mesure l'intensité de la lumière ambiante (p. ex. la lumière du jour ou le faisceau d'une lampe torche) qui pénètre par la fenêtre. Le capteur utilise une échelle allant de 0 (très sombre) à 100 (très lumineux). Tu peux utiliser le capteur de couleur pour suivre une ligne au sol, ou pour trier des boules de couleurs. Conseil d utilisation: place le capteur perpendiculairement à la surface à mesurer. Le capteur tactile Le capteur tactile est un capteur analogique qui détecte quand son bouton rouge est enfoncé et relâché. Il peut être programmé pour définir une action en utilisant trois possibilités: Enfoncé Relâché Heurté (enfoncé puis relâché) Tu peux utiliser le capteur tactile comme un interrupteur, ou pour arrêter le robot quand il rencontre un obstacle 10
Le capteur gyroscopique Le capteur gyroscopique détecte le mouvement de rotation sur un seul axe. Quand vous faites tourner le capteur gyroscopique dans le sens des flèches (sur le boîtier du capteur), le capteur détecte la vitesse de rotation en degrés par seconde (la vitesse maximale que le capteur peut mesurer est de 440 degrés par seconde). Il mémorise aussi l'angle de rotation total en degrés. Tu peux donc utiliser ce capteur pour détecter si une pièce est en mouvement. Tu peux aussi l utiliser pour faire tourner le robot sur luimême jusqu à ce qu il atteigne la valeur voulue; par exemple 90. La précision est de +/- 3 degrés. Conseil d utilisation: le capteur ne doit pas bouger lorsqu il est connecté à la brique EV3. Le capteur à ultrasons Le capteur à ultrasons mesure la distance des objets se trouvant devant lui. Il émet des ondes sonores à haute fréquence et mesure le temps qu'il faut au son pour être réfléchi et revenir au capteur. Les chauves-souris et les dauphins utilisent la même méthode pour chasser. C est l écholocalisation. Le capteur peut mesurer une distance comprise entre 3 et 250 centimètres (avec une précision de +/-1 cm). Le témoin allumé autour de l œil du capteur indique que le capteur est en mode Mesure. Le témoin clignotant indique que le capteur est en mode Présence. En mode Présence, le capteur peut détecter un autre capteur à ultrasons qui fonctionne à proximité; le capteur détecte les signaux sonores, mais il n'en émet pas, comme le sonar d un sous-marin. Tu peux utiliser le capteur à ultrasons pour éviter des obstacles, suivre une cible mobile ou détecter un mouvement. 11
Les pièces Il est important d avoir un vocabulaire commun pour se comprendre, en particulier pour nommer les nombreuses pièces qui constituent le Mindstorms EV3. Tu trouveras la liste des pièces ainsi que leur nom à l adresse suivante: http://00.lc/l9 Beaucoup de pièces (barres, axes...) existent dans des longueurs différentes. L unité de mesure s appelle le module (abrégée M) et correspond à une pièce de 1x1. Exemples: brique 1x1M (rouge) et brique 1x2M (jaune) Voici les principales familles de pièces: Les bagues Les chevilles Les connecteurs Les axes Les poutres Les briques Les barres perforées Les roues dentées et engrenages 12
Le programme Lorsque tu ouvres le programme LEGO MINDSTORMS Education EV3, voici ce que tu obtiens: Voici l interface de programmation: 13
Exercices : Tu vas maintenant réaliser une série d exercices dans LEGO MINDSTORMS EDUCATION Consigne: Sélectionne LEGO MINDSTORMS EDUCATION, puis fais les exercices demandés dans Bases et dans Perfectionnement. Dès que tu as terminé un exercice, fais-le valider par ton enseignant. Bases Exercices Date Signature enseignant Configuration des blocs Déplacement en ligne droite Déplacement selon une courbe Déplacement char (tank) Évaluation Le Voyage sans fin Déplacement d objet Arrêt sur une ligne Arrêt en fonction d un angle Arrêt sur un objet Perfectionnement Multitâche Boucle Alternative Aiguillage Évaluation Le Prisonnier d Alcatraz 14
Projet 1 Le voyage sans fin Mission 1: le cercle Ton robot doit réaliser un cercle de diamètre minimum de 30 cm minimum. Le robot doit faire deux tours pour qu'il finisse à l'endroit où il avait débuté. Mission 2: le rectangle Ton robot doit réaliser un rectangle dont les côtés mesurent au minimum 40 cm pour les longs côtés et 20 cm minimum pour les côtés courts Ton robot doit faire deux tours pour qu'il revienne à son point de départ. Grille d'évaluation Chaque mission réalisée = 3pts (1 pt pour les mesures, 1 pt pour les angles, 1 pt pour la programmation). Chaque appel au maître = -0,5 point. Temps imparti (45 minutes) = 2 points (-1pt par tranche de 20min en plus). TOTAL MAXI = 6 pts Nom: Prénom: Date: Mission= pt(s) Appel= pt(s) Temps: pt(s) Point total = 15
Projet 2 Le prisonnier d Alcatraz Mission 1: échappé-repris Ton robot doit réaliser des allers et retours (marche avant - arrière)entre deux lignes noires parallèles distantes d'au minimum de 25 cm. Mission 2: la ronde des gardes Ton robot doit réaliser un triangle isocèle. Les côtés isocèles doivent avoir au minimum 30 cm. Le robot doit revenir à son point de départ. Le robot doit donc réaliser un seul tour. Mission 3: en prison! Ton robot doit rester prisonnier de sa cellule (délimitée par un rectangle de 40 cm sur 30 cm) tout en restant en mouvement. Grille d'évaluation Chaque mission réalisée = 2pts Chaque appel au maître = -0,5 point Temps imparti (45 minutes) = 4 points (-1pt par tranche de 20min en plus) TOTAL MAXI = 6 pts Nom: Prénom: Date: Mission= pt(s) Appel= pt(s) Temps: pt(s) Point total = 16